
在本章第三節(jié)中我們已經(jīng)提到,選取的單位不同,會(huì)導(dǎo)致牛頓第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式中的比例系數(shù)不同。這意味著選擇的單位不同,有可能使得同一個(gè)物理規(guī)律的數(shù)學(xué)表述形式不一樣,由于物理量的單位是人為規(guī)定的,為了方便交流,需要有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),那么,如何制定與力學(xué)相關(guān)物理量的單位標(biāo)準(zhǔn)呢?
在公元前后的幾百年內(nèi),人類在計(jì)量單位及計(jì)量制度方面是非常混亂的,例如歐洲一些國家的國王甚至把他們手臂的長度作為長度的單位,成為其國人交易必須遵循的度量規(guī)定。不難想象,這樣的度量規(guī)定到了其他國家自然就寸步難行,甚至引起紛爭。
中國自秦朝以來,不僅在政治上、經(jīng)濟(jì)上和軍事上高度統(tǒng)一,而且統(tǒng)一了度量衡。使用統(tǒng)一的單位,不僅能方便交往,而且在一定程度上也表現(xiàn)出一種文化認(rèn)同傾向。
1 英尺 =12 英寸 =0.3048 米( 1ft = 12in =0.3048 m)1 英寸 =2.54 厘米( 1in = 2. 54 cm)
單位制是由基本單位和導(dǎo)出單位所組成的一系列完整的單位體制,其中基本單位是可以任意選定的,導(dǎo)出單位則是由定義方程式與比例系數(shù)確定的?;締挝贿x取不同,組成的單位制也就不同。
單位制的形成、發(fā)展與科技的進(jìn)步密切相關(guān)。早在 17 世紀(jì),人們就開始感覺到計(jì)量單位及計(jì)量制度的混亂對科技和生產(chǎn)發(fā)展的影響。1795 年,法國科學(xué)家創(chuàng)立了以米為基本單位的計(jì)量制度 (米制),成為國際上最早公認(rèn)的通用單位制。隨著科技的發(fā)展,米制又派生出許多適合于各種科技領(lǐng)域的不同單位制,如厘米、克、秒制,米、千克、秒制,絕對單位制等。
各種單位制的并存不僅對國際貿(mào)易有阻礙作用,而且也不利于各國間的科學(xué)文化交流。因此,統(tǒng)一單位制成為世界各國的共同要求。國際計(jì)量委員會(huì)于 1956 年將經(jīng)過21個(gè)國家同意的計(jì)量單位制草案命名為國際單位制,并于 1960 年在第十一屆國際計(jì)量大會(huì)上正式通過。
國際單位制先進(jìn)、實(shí)用、簡單、科學(xué),適用于文化教育、科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)等各個(gè)領(lǐng)域,已被世界各國及國際組織廣泛采用。1977 年,我國明確規(guī)定要逐步采用國際單位制。1984 年,國務(wù)院頒布《國務(wù)院關(guān)于在我國統(tǒng)一實(shí)行法定計(jì)量單位的命令》,該命令就是以國際單位制為基礎(chǔ)制定的。
國際單位制中的力學(xué)單位
國際單位制由7個(gè)基本單位、2個(gè)輔助單位和 19 個(gè)具有專門名稱的導(dǎo)出單位組成,其中與力學(xué)有關(guān)的基本單位有三個(gè):長度單位——米 (m)、質(zhì)量單位——千克 (kg) 和時(shí)間單位——秒(s)。其他與力學(xué)有關(guān)的物理量單位,都可以由這三個(gè)基本單位導(dǎo)出。如,速度的單位為米每秒(m/s),加速度的單位為米每二次方秒 (m/s2),力的單位為牛,即千克米每二次方秒(1 N=1 kg·m/s2)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,基本單位的數(shù)目是會(huì)變化的,基本單位也會(huì)不斷更新。
國際單位制體現(xiàn)了單位的一貫性,即在國際單位制中,對于所有的導(dǎo)出單位,當(dāng)按一定的定義方程式從基本單位或輔助單位導(dǎo)出時(shí),它們的系數(shù)都是 1,而且所有的國際單位在運(yùn)算過程中的系數(shù)也都是 1,從而使運(yùn)算簡化。
例題:如圖所示,光滑水平桌面上有一個(gè)靜止的物體,質(zhì)量是700g,在1.4 N的水平恒力作用下開始運(yùn)動(dòng)。那么,5s末物體的速度是多少?5s內(nèi)它的位移是多少?
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